1. 플라즈마(Plasma) 란?
2. 반도체 증착 공정 스퍼터링(Sputtering) 이란?
3. 스퍼터링(Sputtering)의 장단점
1. 플라즈마(Plasma) 란?
-. 이전 포스팅에서 반도체 증착 공정(Deposition) 중에
PVD(Physical Vapor Deposition) 중 "Evaporation" 방식에 대해서 정리해 봤는데요.
이번 포스팅에서는 동일한 PVD 중에서
"스퍼터링(Sputtering"에 대해서 공부하고 정리해봤어요.
"Sputtering"에 대해서 알아보기 전에
"플라즈마(Plasma)"에 대해서 먼저 알아보는 게 좋을 것 같아서 정리해봤어요.
**이전에 Plasma에 대해 더 자세히 정리한 글이 있으니 참고하세요~
Plasma란 고체, 액체, 기체와 같은 4번째 물질 상태에요.
Plasma 상태의 물질은 양성자(양이온), 전자, 중성자, 라디칼(Radical) 입자로 구성되어 있어요.
기체 상태의 입자가 더 에너지를 얻으면 원자나 분자가 더 쪼개지면서 생성이 돼요.
플라즈마 상태를 만들기 위해서는 입자가 쪼개질 만큼 많은 에너지를 줘야 되는데
보통 반도체 공정에서 Plasma를 만들기 위해서 전기적인 방법으로 발생 시켜요.
고전력의 전기장을 만들어서 대기의 전자(Electron) 입자를 가속 시키면
Electron은 빠른 속력으로 높은 에너지를 갖게 돼요.(운동에너지)
Electron이 높은 에너지를 얻은 상태에서 이동하다가
Plasma를 발생시킬 Gas 입자와 충돌하면 높은 에너지에 의해서 이온과 전자로 쪼개지면서
Plasma 상태를 만들어요.
Plasma를 사용하는 전력은 DC power, AC power 둘 다 사용할 수 있는데
이때 Plasma가 생성되는 방식이 조금씩 달라요.
"Sputtering" 방식의 증착은 이러한 Plasma 상태의 물질을 이용한 방법이 이에요.
2. 반도체 증착 공정 스퍼터링(Sputtering) 이란?
-. 이전 포스팅에서 정리해본 Thermal Evaporation 방식이나 E-beam Evaporation 방식은
증착하고자 하는 물질을 용융점까지 가열하고 기체화 시켜서 증착하는 방식이었죠.
**Evaporation 방식에 대해서는 이전 포스팅을 참고해주세요~
Sputtering 방식은 증착 물질을 가열하는 것이 아닌
Plasma의 양성자(양이온)의 충돌을 이용한 방식이에요.
Plasma 상태의 물질은 양성자(양이온), 전자, 중성자, 라디칼(Radical)로 이루어져 있는데요.
Plasma를 발생시킬 때 Chamber에서 전극(Electrode)에 전압을 걸어주는데
그러면 전극(Electrode)과 Plasma 사이에 "전위차(Potential difference)"가 발생해요.
전극과 Plasma의 전위차로 인해서 Plasma의 양이온이 음극 방향으로 가속을 하고
전극 표면에 충돌을 하게 돼요.
Sputtering 증착 방법은 이러한 이온의 충돌을 이용한 방식이에요.
(Ion Bombardment)
Cathode(-)에 증착하고자 하는 물질(Target)을 두고
Anode(+) 쪽에 증착이 될 Wafer를 둬요.
Plasma가 생성이 되면 전위차로 인해서 양이온이 Cathode(-) 쪽으로 가속을 해요.
양이온 입자가 가속을 하다가 Cathode 전극에 위치한 증착 물질 Target 표면에 충돌을 해요.
양이온 입자가 Target 표면에 충돌할 때 Target 표면에서 원자가 떨어져 날아가요.
이때 Target 표면에서 떨어져 나온 증착 물질 입자는 이리저리 날아가다가 (확산)
Wafer 표면에 증착이 돼요.
Sputtering에 주로 사용 되는 Gas는 주로 비활성 기체인 Ar을 사용하는데요.
그 이유는 Chamber 안에서 기체와 다른 반응(Reaction) 없어야 좋기 때문이에요.
Sputtering은 전극에 인가하는 Power 종류에 따라
DC Sputtering, RF Sputtering이 있는데
이건 다음에 따로 정리해볼 거에요.
3. 스퍼터링(Sputtering)의 장단점
*장점
-. 가열하는 방식이 아니고 뜯어내는 방식이기 때문에 녹는점에 관계없이 다양한 물질을 증착할 수 있음.
(Metal, Insulator 물질 모두 가능)
-. 높은 흡착력(Adhesion) 가짐
-. 균일한 증착이 가능함.
(Evaporation 방식은 Wafer에 도달하면 에너지를 잃게 되지만 Sputtering 방식은 에너지가 남아있음)
-. 두께 조절이 용이함.
-. Step coverage가 좋음.
-. 전처리 Clean 공정이 가능함.
(Sputtering Etching으로 Cleaning이 가능함)
*단점
-. 증착 속도가 낮음.
-. 고가의 장비
-. 진공 조건이 낮기 때문에 불순물 유입이 될 수 있음.
**공부하면서 정리해봤는데 오류가 있으면 댓글로 알려주세요.
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